Nature子刊：基因组编辑新技术

在发表于8月1日《自然生物技术》杂志上的一项新研究中，哈佛医学院的George Church及同事们比较了CRISPR-Cas系统，与以转录激活因子样效应子（TALEs）为基础的另一种基因表编辑工具在人类细胞中的靶向特异性。重要的是，Church研究小组还提出了一种新方法减少了利用CRISPR-Cas时的潜在脱靶效应。

　　

生物通报道  许多的实验室都在利用近期发现的一种细菌和古细菌天然防御机制作为基因组编辑工具。与真核生物的RNA干扰过程相似，这一CRISPR-Cas系统通过序列特异性切割外源核酸，保护了原核生物免受病毒攻击。而CRISPR-Cas系统有可能发生非特异性靶向，导致基因组别处突变，也引起了人们越来越多的关注。

在发表于8月1日《自然生物技术》（Nature Biotechnology）杂志上的一项新研究中，哈佛医学院的George Church及同事们比较了CRISPR-Cas系统，与以转录激活因子样效应子（transcription activator like effectors，TALEs）为基础的另一种基因表编辑工具在人类细胞中的靶向特异性。重要的是，Church研究小组还提出了一种新方法减少了利用CRISPR-Cas时的潜在脱靶效应。

CRISPR-Cas系统是通过将短链外源遗传物质整合到宿主基因组中来发挥作用的。这些序列被转录并加工成小RNAs，随后小RNAs可与Cas蛋白复合物一起结合与小RNA序列相匹配的外源DNA或RNA，从而导致入侵核酸遭到序列特异性地切割和破坏。

在新研究中，Church和他的研究团队发现，TAL效应子容许靶序列1-2个碱基对错配；由单导向RNA（single-guide RNA）和Cas9蛋白构成的复合物能够容许1-3个碱基对错配。“这不是一个大问题，但它却可能会导致一些脱靶效应，”洛克菲勒大学CRISPR干扰专家Luciano Marraffini说。

为了解决这一问题，Church研究小组生成了一系列的Cas9突变体，这些Cas9突变体没有生成双链断裂，而是引入了偏移缺口，每个缺口只影响一条DNA链。尽管这一策略实质上造成了双链断裂，它通常不会导致非同源末端连接（双链断裂的一种细胞修复机制）引起的插入或删除。因此，这种方法可能会减少脱靶效应。

利用核酸酶系统重新构建基因组并非全新的研究。研究人员过去也曾为了减少脱靶效应，而制造出了另一种基于锌指核酸酶的基因组编辑工具。今年早些时候，Marraffini和他的合作者们报告称，可将Cas9转换为一种切口酶，减少与DNA修复机制相关的脱靶突变。

然而，Church的方法是否确实能减少脱靶效应仍有待证明。Sangamo BioSciences公司首席科学官Philip Gregor 说：“Church朝着解决这一问题迈出了第一步。但本文没有对这一切口诱导双链DNA切割方法的特异性进行评估。解决这一特异性问题非常的重要。”

Sangamo公司当前正在开展临床试验，评估用锌指核酸酶来治疗HIV/AIDs。尽管Church指出相比于锌指核酸酶和TAL效应子，CRISPR-Cas系统要容易100-1000倍，但Gregory仍有所怀疑。“至少以它当前的形式，CRISPR-Cas9系统极易发生重要的脱靶活性，其可能超过期望目标位点的切割水平，”Gregory说。

尽管存在这些担忧，Church的研究还是让科学团体产生了一些乐观的看法。“到目前为止已经证实CRISPR-Cas9具有较差的基因组编辑特异性，尽管高效，它走向了垃圾场。这一双切口方法及时地停住了垃圾车。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

CAS9 transcriptional activators for target specificity screening and paired nickases for cooperative genome engineering

Prokaryotic type II CRISPR-Cas systems can be adapted to enable targeted genome modifications across a range of eukaryotes1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Here we engineer this system to enable RNA-guided genome regulation in human cells by tethering transcriptional activation domains either directly to a nuclease-null Cas9 protein or to an aptamer-modified single guide RNA (sgRNA). Using this functionality we developed a transcriptional activation–based assay to determine the landscape of off-target binding of sgRNA:Cas9 complexes and compared it with the off-target activity of transcription activator–like (TALs) effectors…